干粉静电喷涂精.docx
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干粉静电喷涂精
干粉静电喷涂
前言
干粉涂覆60年代初在颜料工业得到应用。
当时，供应商一直在寻找一种不含有有机溶剂的产品。
该产品可节省环保（废弃物少）和生产（循环回收）成本。
这个思路也被引入到搪瓷工业。
70年代中期，法国的一些工厂进行了干粉涂搪试验。
从此以后，干粉涂搪成为一种新技术遍及全世界。
近年来，干粉涂搪技术先后在炊具工业、洁具、热水器和工业搪瓷制品等不同的产品上获得成功。
几年来，由于知识和经验不断积累，现在几乎可以喷涂所有工件。
这本手册介绍干粉喷涂技术，也可作为质量保证指导。
目录
1．前言
2．带电原理干粉沉积干粉喷涂设备
3．车间设计
4．干粉特性
5．故障检查与排除
6．干粉涂搪的优点
7．展望
带电原理
在电极顶端施加60-100KV的直流负电压。
在此条件下，电极不断将其周围的空气电离。
带正电的氮离子被吸附到电极上并立即失去电荷。
带负电的氧离子则自动吸附到由气流分散的干粉颗粒上，并在空气动力和电力的共同作用下，被加速沉积在接地带正电的工件上（见图1）。
负离子
图1
电流
电子轰击
中性的氧分子形成负氧分子
电晕
干粉沉积
带负电荷的干粉颗粒牢固地粘附在表面上。
它们停留并吸附在金属表面，由于干粉颗粒的表面电阻很高，负电荷的释放进行得十分缓慢。
这是在干粉颗粒表面包覆少量有机树脂实现的。
它同时也赋予干粉颗粒一定的物理吸附性。
这种吸附效应不可过强，否则干粉会堵塞喷嘴和管道，堆积在喷枪导向板上……。
在干粉粘附力与流动性之间规定明确的平衡是十分必要的。
在最初的沉积层形成之后，金属表面的吸引力依从库仑定律，随着沉积的增加而减少。
较外层的颗粒受到金属表面微弱的吸引，而受到与金属表层结合较紧密的带电颗粒的较强排斥。
最后产生背离子化，并将导致形成一定的涂层厚度。
然而，该涂层厚度可以通过改变电压、质量和电流调节。
干粉喷涂设备
PUESTA设备的主要部件示于图2。
喷房
4
输送机
输送机清洁
6
新鲜粉末配送
8
粉末回收系统
5
调节后的空气
流化料斗
1
控制单元
2
吸收过滤
7
图2
悬挂工件由自动输送装置送入喷涂室，在喷涂室内，静电喷枪把新粉料与供料仓以外回收粉料的混合粉料喷到工件上。
预处理后的工件不得带有任何脱脂剂。
干粉从原料配送装置（8）送入流态化室
（1），经引射泵送至喷枪（3），喷枪的干粉喷出量与均匀度由控制单元
（2）通过仔细调节供料量和空气量以及电荷量来控制。
用于加料，输送和流态化的压缩空气必须经过处理，从得到低水蒸气含量（<1g/Nm3空气）和低含油量（<0.1ppm）。
只有一部分喷出的干粉沉积在工件上。
喷枪（固定式或往复式）安装在密闭的喷涂室内。
喷涂室内可使干粉不受外部环境（其对干粉沉积具有重要的影响）的干扰沉积到工件上，而喷涂室内部环境可控制和/或稳定（见图）。
周围空气最大的水份为12g/Nm3空气。
图2
没沉积到工件上的干粉（喷出重量的+2/3）被排出（7）且必须经过干粉回收装置（5）返回流态化室。
因为干粉具有磨损性，循环回收必须缓慢进行：
进料速度要低，流动方向不急转弯，选择合适的设备与喷枪材料。
由于回收干粉的颗粒级配和结构产生了变化，故回收干粉的体积降到一个极小值，新粉要定时加入。
回收粉中的任何杂物必须用筛分和磁选机除去。
堆积在输送装置夹具和吊钩上的干粉必须用机械装置或气流清洗（6）。
喷涂后，工件应转移到烧成输送链上。
机械振动不会引起干粉颗粒从涂层上明显脱落。
但应避免强烈的机械冲击。
工件进入搪瓷窑预热带时，风幕不可过强，以避免干粉颗粒从涂层上吹落。
车间设计
车间的总体设计极其每个组成部分对生产者是十分重要的事。
显然，搪瓷工作者必须提供工艺参数、允许的公差范围和特种工件对搪瓷粉要求的说明。
最终的技术要求要结合本厂的产品、搪瓷工人和原料供应商的生产性试验而制定。
规划阶段的一项重要任务是确定如何改变与将要生产商品的生产速度及产品种类有关的需要。
重要的生产特性和有关的参数如下。
规划特性
参数
单位时间内能喷涂的表面
传送速度
空气压力
单位时间喷份量
沉积率
喷枪数目
喷涂工件的形状：
平板状或中空
固定式喷枪
机械手或往复式
不同轴（Ｘ，Ｙ，Ｚ）
喷枪类型与导向板形状
形状变化与产品变化
固定程序
手动程序变化
带类型识别的自动程序变化
喷涂室形状、大小及类型
在设计得很好的车间，气温条件应适当且保持稳定。
车间应位于周围空气环境良好的区域。
从喷涂室内抽出气体的排气装置（7），也会从喷涂室的通道吸入空气。
周围空气湿度必须很少波动，因此，车间不应紧邻搪烧窑、球磨间、湿法喷涂室或敞开的大门。
在建材选择方面，必须考虑硬的搪瓷熔块颗粒和材料磨损的影响降至最低。
这样可避免缺陷并确保使用材料经济的使用寿命。
干粉特性
搪瓷干粉必须具备适合于静电喷涂的特殊性质，可归纳如下：
●搪瓷性能必须与普通搪瓷所要求的相同。
●高表面电阻，以使电荷长时间保持。
特定的颗粒级配。
●特定的颗粒级配。
●稳定的流动性。
●稳定的沉积性能。
●保持足够长时间的粘附性能。
●确保足够的贮存时间。
用于静电喷涂的干粉对生产线的特殊要求必须优化。
所要求的特性必须尽可能地完全，因为这些特性不仅厂与厂之间不同，不同的施釉方法和不同的产品也不尽相同。
干粉供应商应对所提供的干粉具有合适的喷涂工艺特性负责。
对用于喷涂工艺的干粉具有正确的性能负责。
a）电阻率
普通干磨搪瓷粉的表面电阻率太低，不能保证良好的电性能。
鉴于此，搪瓷颗粒必须包覆增水性的有机硅树脂。
电阻率值将从低于1010Ω.cm提高到高于1014Ω.cm。
新粉电阻率的测量值总是相对高于回收粉的电阻率值。
这是由于干粉变质所致，此外，空气中的水份也是造成电阻率降低的原因。
所以，用于流态化和传送干粉的压缩空气应干燥和清洁（不含油）。
b）颗粒级配
该特性对干粉的沉积率、干粉的最大厚度和干粉的粘附性有很大影响。
干粉颗粒直径范围应在60—2um之间。
最理想的情况是较粗的颗粒沉积在钢坯表面，而较细颗粒保证粘附性。
经回收后，颗粒级配向较细化发展（图3）。
如果细颗粒过多，会遇到很多问题：
●在喷枪导向板上形成结块，引起搪瓷表面结块。
●背离子化以较快速度发生（星形纹）。
●流态化不均匀，这会导致喷枪出料不稳和外溅。
因此，具有稳定的颗粒级配是十分必要的，它可以通过在流态化室内始终保持少量干粉并有规律地加入新干粉而得到确保。
c）流动性
所谓流动性是指固体颗粒在空气中形成旋流与飞散的能力。
干粉必须具有良好的流动性，以保证喷枪的出料稳定。
同时，干粉必须有相对细的管道输送。
这意味着流动性与输送速度和沉积率直接相关联。
对每一个喷涂室，流动性值必须优化。
d）沉积（输送效率）
稳定的沉积率是必要的，以确保所有工件上的涂搪厚度相同，亦即在恒定条件下喷涂到一特定工件上的干粉量总是相同的。
沉积率与前面所讲所有特性有直接关系。
e）粘附性
干粉颗粒与钢坯的粘附机理已做过详细讨论。
粘附性与电阻率、粘着性及空气的相对湿度有关。
f）储存期
%
毫无疑问，所有这些特性参数必须在一定的时间内保持稳定，以确保搪瓷的质量稳定。
图3
100
10
80
90
60
70
50
30
40
20
10
0
1.0
10.0
100.0
0
颗粒直径（um.）
故障检查与排除
多数问题可采用正确的喷涂工艺加以克服。
如果对某一特定的工厂，干粉已经优化，且其特性已作改进，那么后面遇到的问题可以通过调整工艺参数到正确数值加以解决。
大部分可能出现的有关问题或缺陷如下：
●干粉粘附力不足
●干粉沉积率过低
●干粉沉积率过高
●烧成后表面缺陷
●同一工件色差
●偏色
a）干粉粘附力不足
a.a干粉颗粒间的摩擦在有湿气的情况下会降低它们的电阻。
假如摩擦强度由所设计的喷涂系统与回收系统来确定，操作者仍然可以控制如前所述用于工艺过程中的空气的湿度。
尤其是用于流态化的压缩空气中的潮气影响粘附力。
必须注意冻干后的压缩空气不可在传输管道内凝结：
如果存在大的温差，则必须绝热。
a.b如果干粉已经过长时间循环使用，则会因变质失去粘附力。
如前所述，喷涂室内应是稳定的回收混合粉与新粉。
如果操作过程中故障时间较长，必须造成输送机停运，喷涂中断，所以应避免不必要的变质。
a.c仪器上显示的电流强度和电压与实际操作中的数值有所不同。
这种问题可通过升高电压增大场强来校正。
a.d还有不太引人注意的地方，是当工件接地不当，干粉的沉积也会出问题。
应该检查吊架挂钩与电路的接头。
接头会被氧化作用破坏或减弱。
b）沉积率过低
b.a与上述问题相反，现在的问题是环境的相对湿度太低。
在干燥条件下（湿度<35%），电离作用太强，干粉颗粒携带电荷高。
这样，颗粒间充满排斥力，造成沉积困难。
b.b如果电压过高，将会产生背离子化现象，这会使得干粉颗粒不可能沉积很多。
这种现象已在第2章讨论过。
b.c如果电压太低，干粉颗粒会带电不足，同时电场也太弱。
b.d如果气压下降，喷枪喷出粉量会太低，造成干粉沉积不足。
b.e如果主供料仓内的流态化作用太强，大量的空气送入喷枪，导致进入喷枪的干粉减少。
b.f如果抽气率不足，充斥在喷枪与工件间的空间电荷云会阻碍涂层的及早形成，这就降低了沉积率。
如果抽气过多，沉积率同样会不符合要求。
b.g当工件接地不当时，这种情况也会发生。
所有这些可能出现的不当的问题，可以通过将喷枪移近工件或将传送链条速度放慢加以解决。
C）沉积率过高
c.a我们已经阐述了过高的相对湿度会引起干粉的不良沉积，它还影响干粉的沉积率。
这是因为空间电荷和钢坯表面电荷不足而引起排斥。
由于干粉电阻率降低，使得电荷很快失去。
除了涂层变厚之外，高湿度还会使工件边缘明显变厚。
最佳的相对湿度应保持在40%-50%（25℃）。
c.b与上述问题相类似，此处空气压力也很重要。
压力减小，喷枪出粉量也随之减少，导致涂层变薄。
这个问题最终可通过加大喷枪与工件间的距离或提高传送链条的速度得到解决。
d）表面缺陷
这里列出三种典型的干粉喷涂表面缺陷：
星形纹即背离子化、表面波纹（橘皮）和结块。
图4
d.a）星形纹即背离子化
这种现象的原因通常是颗粒的电荷量过高或粉层厚度过高。
不同厂家的工艺控制参数与这种缺陷直接相关：
喷枪压力、喷枪到工件的距离、湿度、回收使用引起的过多细颗粒。
干粉颗粒被金属排斥或被电晕电极所吸引。
粉层表面留下了凹坑。
新加入的粉料不会沉积在这些凹坑里，凹坑以从涂层直达金属表层的小孔洞保留下来。
在接下来的烧成过程中，凹坑没有被完全填满，并呈明显的星形纹，也可形成粗糙表面（橘皮）。
d.b）不仅背离子化可引起表面波状纹，喷涂时粉云不均匀也是造成这种缺陷的原因。
粉云不均匀可以由流态化不良，即颗粒的流动性太低而引起。
另一个可能引起喷枪供料量出现波动的原因是输送管道的某处受损。
喷枪本身也可能受到损坏或失去导向板，或出现电晕电极偏心。
d.c结块缺陷主要是因喷枪导向板的顶端粘附结团。
有时，这些结团会被喷吹到工件表面。
为了克服这一问题，可用吹气来清扫导向板。
当然，避免结团粘附在设备上则更好。
因此，需控制空气的湿度和含油量以及循环回收，因为细粉颗粒会形成结块。
特别要注意往烧成传送带的输送。
悬挂不当，则结团干粉会从吊钩碰落到干粉涂层表面。
e）同种工件的色差
色差多数是由于涂层厚度不同所引起。
这是因为喷枪安装不当所致，它造成粉云不均匀或背离子化。
背离子化发生时，我们经常会看到星状的较深的斑纹。
我们也会碰到穿透的问题，经常以复杂的形式或孔洞出现。
在凹陷部分，我们必须克服法拉第屏蔽效应。
这是一个被隔开的凹陷区，电磁线无法进入，因此干粉颗粒也就无法送入该区域。
另一方面，磁力线也会在边缘集中（见图4）。
这些屏蔽区域必须将罩内带电晕电极的喷枪送入喷涂。
这样做有较高的风险，由于喷枪离表面太近，会产生严重的背离子化。
这些缺陷可通过改进导向板的形状和设计逐步得到解决。
凹陷部分要用空气动力喷涂，且干粉颗粒的沉积靠粘附力应大于靠静电效应。
如果干粉送入的渗透力不足，搪瓷涂层会因喷涂厚度不够，从边角处烧失。
由于涂层厚度不同，色差也会很明显。
f）产生中偏色
较长一段时间内颜色偏离可能是由喷涂室参数不稳定或干粉本身不稳定引起的。
如果一段时间内沉积率不稳定（比如因环境条件变化所致），则会因搪瓷的厚度原因造成颜色变化。
不同的气压也会造成颜色变化；气压较高颜色将变得较淡，特别是深颜色的情况。
同样的情况在干粉细颗粒增多时也会出现。
排气率改变也会引起偏色。
最后，干粉分层也会引起色差。
如果干粉的不同组分：
不同的搪瓷和/或搪瓷与色素间的沉积率存在较大差异，就会出现这种情况。
搪瓷与色素的配比改变，颜色也随之改变。
与普通湿法相比较静电干粉的优点
静电干粉涂搪工艺有许多优点，然而投资费用高。
有必要做一个经济的费用测算，以分析该工程是否值得。
这些优点可分为不同类型：
a）制品便于喷涂：
●不需研磨和制备釉浆。
●不加其它原料：
只有一种制品。
●无废弃物和废水。
●制备中无故障源。
b）工艺以电力为基础：
●喷涂室可与预处理工序结合为一体。
●以全自动化实现高生产能力。
●高生产效率：
几乎100%循环回收。
●由于产品是干粉，不需要干燥装置。
c）最终表面质量优异。
●喷涂后，由于直接送入烧成传送装置，故无粉尘污染。
●表面十分光滑且喷涂厚度均匀。
●由于边缘也覆盖而使喷涂完整。
●很少再加工，故无涂层超厚。
●稳定而有规律的气泡结构。
展望
自从搪瓷工艺采用干粉喷涂技术以来，它就被确认为一种公认的工艺。
预期该工艺通过合理改进，将会降低搪瓷成本。
干粉喷涂工艺可以把钢板的预处理与喷涂过程以及烧成操作结合在一起。
该工艺还在不断产生经济和环境效益。
然而干粉的生产成本明显高于普通搪瓷熔块的成本，所以干粉的价格相当昂贵，由于熔块损失大大降低，相应地意味着原料的成本旧较低了。
近年来，干粉喷涂工艺的实际能力得到提高，干粉喷涂的范围很广：
器皿设备、热水槽、热交换器、仓板壁、容器底座、便携式烧烤架、浴缸……
干粉涂搪的范围将通过不断改进干粉技术而进一步扩大。
对喷枪、全套设备以及搪瓷工艺的进一步开发一直在进行着。
设备制造商、搪瓷粉供应商与搪瓷工作者间的进一步密切合作，促使干粉工艺不断改进，确保了其适应性越来越广。
由于当前该工艺已完全可控制，其技术方向的重要性仍在不断增长。
图4
各种表面区域的电荷数量
法拉第笼
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